井下切削工具上的包覆堆焊應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開大致涉及地下礦藏的采收且更具體地涉及用于磨銑井中的材料的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在不同深度鉆井來接近并且從地下地層生產(chǎn)油、氣、礦物和其它自然生成的礦藏。烴類可通過橫穿地下地層的井筒生產(chǎn)。井筒可能相對復(fù)雜并且包括例如與主要井筒或主井筒成一定角度延伸的一個或更多個橫向分支。形成橫向井筒通常涉及首先在內(nèi)襯主井筒的套管或其它金屬管道中形成窗。開窗銑刀或其它磨銑工具可用于起始并且形成窗。在形成窗后，鉆頭可穿過窗來形成橫向井筒。
[0003]除用于橫向井筒形成的開窗外，磨銑工具也可用于許多其它井下任務(wù)，其中一些包括井下清潔功能，解堵、碎肩移除、套管復(fù)位和其它功能。磨銑工具通常用于切穿已被遞送至井筒中的金屬物體或其它材料。雖然磨銑工具可包括硬化切刀(cutter)或鑲?cè)?insert)來改進切削性能和耐磨性，但是硬化切刀常在使用期間從磨銑工具脫落，由此導(dǎo)致工具的更快磨損。
【附圖說明】
[0004]下列圖被包括來圖示本公開的特定方面，且不得被視為排他性實施方案。所公開標(biāo)的能夠在不偏離本公開的范圍的情況下在形式和功能上能夠有大修改、變更、組合和等效物。
[0005]圖1A圖示根據(jù)說明性實施方案的井下磨銑工具的等角正視圖；
[0006]圖1B圖示圖1A的井下磨銑工具的正交側(cè)視圖；
[0007]圖2A圖示根據(jù)說明性實施方案的井下磨銑工具的正視圖；
[0008]圖2B圖示圖2A的井下磨銑工具的側(cè)視圖；
[0009]圖3A圖示根據(jù)說明性實施方案的井下磨銑工具的正視圖；
[0010]圖3B圖示圖3A的井下磨銑工具的側(cè)視圖；
[0011]圖4圖示根據(jù)說明性實施方案的磨銑工具的刀片的橫截面?zhèn)纫晥D，刀片具有聯(lián)接至刀片的包覆材料；
[0012]圖5A圖示根據(jù)說明性實施方案的磨銑工具的刀片的橫截面?zhèn)纫晥D，刀片具有聯(lián)接至刀片的包覆材料和聯(lián)接至包覆材料的多個切削鑲?cè)校?br>[0013]圖5B圖不圖5A的切削鑲?cè)兄坏臋M截面?zhèn)纫晥D；和
[0014]圖6圖示根據(jù)說明性實施方案的磨銑工具的刀片的橫截面?zhèn)纫晥D，刀片具有聯(lián)接至刀片的包覆材料和聯(lián)接至包覆材料的多個切削鑲?cè)小?br>【具體實施方式】
[0015]在說明性實施方案的下文詳細(xì)描述中，參考形成其部分的附圖。足夠詳細(xì)地描述這些實施方案以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，且應(yīng)了解，可利用其它實施方案且可在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的情況下作出邏輯結(jié)構(gòu)、機械、電和化學(xué)變更。為避免使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本文中描述的實施方案所不需要的細(xì)節(jié)，描述可省略本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的特定信息。因此，下文詳細(xì)描述不應(yīng)被理解為限制意義，且說明性實施方案的范圍僅由隨附權(quán)利要求界定。
[0016]本文中描述的實施方案涉及用于磨銑井中的材料(尤其金屬和非地質(zhì)材料)的系統(tǒng)、工具和方法。雖然磨銑工具有時被用來在磨銑金屬和其它材料之后移除少量地質(zhì)材料，但是磨銑工具與鉆頭不同，非被設(shè)計來主要移除巖石或其它地質(zhì)材料。本文中描述的磨銑工具的實施方案包括刀片，其具有聯(lián)接至刀片的包覆材料，且正是這些刀片負(fù)責(zé)切削井中的金屬材料。包覆材料可按照不同方式聯(lián)接至刀片，但是包覆材料可與刀片形成冶金結(jié)合。除包覆材料外，切削鑲?cè)锌陕?lián)接至包覆材料，并且可延伸超出包覆材料的外表面。通過將切削鑲?cè)信c包覆材料固定，可達(dá)成磨銑工具的改進耐磨性和壽命。包覆材料通過冶金結(jié)合至切削鑲?cè)泻偷镀軌虮葌鹘y(tǒng)釬焊材料更牢固地固定切削鑲?cè)?。此外，將包覆材料施加至刀片和切削鑲?cè)械墓に嚳砂o需與釬焊一樣多的熱的方法，由此保護刀片本身的基材不受熱誘發(fā)的弱化影響。
[0017]除非另有規(guī)定，否則任何形式的術(shù)語“連接”、“接合”、“聯(lián)接”、“附接”、或描述多個元件之間的相互作用的任何其它術(shù)語的任何使用均不意味著要將相互作用限制為這些元件之間的直接相互作用，而是也可包括所描述的元件之間的間接相互作用。在下文討論和權(quán)利要求中，術(shù)語“包括(including/comprising) ”是以開放方式使用的，且因此應(yīng)被解釋為意指“包括但不限于”。除非另有指示，否則如在本文件中通篇使用的，“或”無需相互排他性。
[0018]參考圖1A和圖1B，其為根據(jù)說明性實施方案的井下磨銑工具110的等角正視圖和正交側(cè)視圖。井下磨銑工具110包括本體114，所述本體114具有界定延伸穿過本體114的一部分的內(nèi)部通道122的細(xì)長且大體上圓柱形壁118。在本體114的聯(lián)接端126上，本體114包括螺紋或允許本體114聯(lián)接至定位在井筒中的作業(yè)管柱(未示出)的其它附接組件。作業(yè)管柱能夠使本體114旋轉(zhuǎn)。
[0019]井下磨銑工具110進一步包括從本體114徑向向外延伸的多個刀片130。每個刀片130沿著本體的長度延伸，且定向為大體上平行于本體114的縱軸134。在圖1A和圖1B中圖示的實施方案中，每個刀片130的厚度是非均勻的，且每個刀片是錐形的，使得刀片130的較厚部分鄰近刀片130的底座138，刀片130在此處聯(lián)接至本體114。刀片130的較薄部分在刀片130的與底座138相對的一端上。
[0020]井下磨銑工具110進一步包括聯(lián)接至刀片130的一個或多個的包覆材料142，且在一些實施方案中，包覆材料142聯(lián)接至這些刀片130中的每個刀片。包覆材料142可為比形成刀片130的材料硬度更高的任何材料。在一些實施方案中，包覆材料的硬度可大于或等于大約60HRC。包覆材料142的硬度和因此刀片130的耐磨性可通過包括聯(lián)接至包覆材料142的多個切削鑲?cè)?50而補充。切削鑲?cè)?50至少部分內(nèi)嵌在包覆材料142內(nèi)，使得包覆材料142與切削鑲?cè)?50之間和包覆材料142與刀片130之間的接合將切削鑲?cè)?50固定至刀片130。應(yīng)注意，雖然切削鑲?cè)?50的一些可接觸刀片130，但是切削鑲?cè)?50與刀片130未必存在接合。當(dāng)切削鑲?cè)?50聯(lián)接至包覆材料142時，可使用高硬度鐵基包覆，諸如由Apollo-Clad供應(yīng)的Apollo-Clad 1403 Powder。如下文更詳細(xì)說明，基于粉末的包覆材料可通過使用激光來熔融粉末并且形成包覆材料與刀片或切削鑲?cè)兄g的必要接合而施加至刀片。諸如Apollo-Clad 1403 Powder的包覆材料具有大約60-65HRC的硬度。
[0021]在一些實施方案中，作為使用切削鑲?cè)?50的替代，包覆材料142可單獨聯(lián)接至刀片130且用于提供期望的增大的切削性能和耐磨性。在這樣一種實施方案中，期望包覆材料142具有甚至比結(jié)合切削鑲?cè)?50使用的材料更高的硬度。在一些實施方案中，期望這樣一種材料的硬度大于或等于大約60HRC?？陕?lián)接至刀片130并且在無切削鑲?cè)?50的情況下單獨使用的包覆材料的實例是包括大約62重量％的碳化鎢、大約30重量％的鎳和大約6重量％的絡(luò)的材料。適當(dāng)材料可為由印第安納州新奧爾巴尼的Kennametal ConformaClad供應(yīng)的WC200。這種材料的硬度為大約64-70HRC。
[0022]在一些實施方案中，包覆材料142與刀片130之間的聯(lián)接形成冶金結(jié)合。傳統(tǒng)的磨銑工具可采用硬化鑲?cè)衼碓龃竽湍バ?，但是這些鑲?cè)斜烩F焊至磨銑工具的刀片。固定鑲?cè)械拟F焊基質(zhì)無高硬度性質(zhì)，且由于釬焊基質(zhì)與鑲